فهم دالة الاستجابة للتردد (FRF)

1. التعريف: ما هي دالة الاستجابة للتردد؟

ال دالة الاستجابة للتردد (FRF) هو مقياس يصف كيفية استجابة هيكل أو مكون أو نظام لقوة إثارة مطبقة، كدالة للتردد. بعبارات أبسط، يُظهر لك معامل الاهتزاز الترددي مقدار اهتزاز النظام عند كل تردد عند "اصطدامه" بقوة معلومة.

FRF هو مفهوم أساسي في الديناميكيات الهيكلية، التحليل النمطي، وكشف الرنين. إنها في الأساس دالة نقل تربط استجابة الخرج المقاسة (عادةً تسريع) إلى قوة إدخال مقاسة.

FRF = استجابة الإخراج / قوة الإدخال

كل من المخرجات والمدخلات عبارة عن وظائف للتردد، وFRF نفسها عبارة عن دالة معقدة، مما يعني أنها تحتوي على كل من السعة و مرحلة معلومة.

2. كيف يتم قياس FRF؟

يتم قياس FRF عادةً باستخدام تقنية تسمى "اختبار التأثير" أو اختبار الصدمة:

1. أن مقياس التسارع يتم تثبيته على الهيكل عند النقطة التي سيتم قياس الاستجابة فيها.
2. يتم ضرب الهيكل في نقطة محددة بضربة خاصة مطرقة آليةتحتوي هذه المطرقة على مستشعر قوة (خلية حمل) مدمج في طرفها، والذي يقيس قوة التأثير المدخلة.
3. متعدد القنوات محلل الاهتزازات يسجل في نفس الوقت إشارة الإدخال من المطرقة وإشارة الإخراج من مقياس التسارع.
4. ثم يقوم المحلل بإجراء تحويل فورييه السريع على كلتا الإشارتين، ويحسب نسبة الخرج إلى الدخل عند كل خط تردد. والنتيجة هي FRF.

يتم تكرار هذه العملية مع تأثيرات متعددة، والتي يتم جمعها معًا لإنتاج قياس FRF نظيف وموثوق به.

3. تفسير مخطط FRF

يتم عرض FRF عادةً على شكل مخططين:

• رسم بياني للحجم: يوضح هذا سعة FRF مقابل التردد. سيحتوي الرسم البياني على قمم مميزة، ويقابل تردد كل قمة التردد الطبيعي (أو التردد الرنان) للهيكل. ارتفاع الذروة هو مؤشر على كمية التضخيم ومستوى التخميد عند هذا الرنين.
• مخطط المرحلة: يوضح هذا انزياح الطور بين الاستجابة وقوة الدخل مقابل التردد. عند مرور التردد عبر الرنين، يُظهر مخطط الطور انزياحًا مميزًا بزاوية ١٨٠ درجة. يُعد هذا الانزياح تأكيدًا قاطعًا على وجود تردد طبيعي.

4. التطبيقات في تشخيص الاهتزازات

يعد FRF أداة لا غنى عنها لتشخيص وحل المشكلات صدى مشاكل في الآلات والهياكل:

• تحديد الترددات الطبيعية: الاستخدام الأساسي هو التعرف بدقة على الترددات الطبيعية للآلة، أو قاعدتها، أو الأنابيب المتصلة بها، أو هيكل الدعم المحيط بها.
• تأكيد الرنين: إذا أظهرت آلة اهتزازًا عاليًا بتردد معين أثناء التشغيل، فإن قياس تردد الرنين (FRF) يُؤكد تطابق تردد التشغيل هذا مع التردد الطبيعي الهيكلي. إذا تطابقت ذروة طيف التشغيل مع ذروة تردد الرنين (FRF)، يُؤكد الرنين كسبب رئيسي للاهتزاز العالي.
• التحليل النمطي: بأخذ قياسات FRF في نقاط مختلفة من الهيكل، يُمكن إنشاء نموذج حاسوبي كامل لأنماط اهتزازه (أشكال الانحراف التشغيلي عند الرنين). يُمكن استخدام هذا النموذج لتصميم تعديلات هيكلية فعّالة.
• التعديل الهيكلي (تحليل "ماذا لو"): بمجرد تأكيد الرنين، يمكن استخدام النموذج النمطي لمحاكاة تأثير الإصلاحات المحتملة (مثل إضافة تقوية أو كتلة) قبل إجراء أي تغييرات فيزيائية، مما يضمن فعالية الحل المقترح.

← العودة إلى الفهرس الرئيسي